[0001] Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Sicherung eines Gefahrenbereichs eines bewegten,
eine Angriffsstelle aufweisenden Werkzeugs, insbesondere eines vertikal nach unten
bewegten Oberwerkzeugs einer Gesenkbiegepresse, wobei ein optoelektronischer Sensor
mit dem Werkzeug mitbewegt wird und den Gefahrenbereich überwacht, und wobei bei Detektion
eines Eingriffs in den Gefahrenbereich ein Abschaltvorgang zum Anhalten der Werkzeugbewegung
ausgelöst wird. Die Erfindung betrifft ferner einen entsprechenden optoelektronischen
Sensor.
[0002] Hintergrund der Erfindung ist das Bestreben, Verletzungen einer Bedienperson zu verhindern,
die an dem bewegten Werkzeug einer Maschine arbeitet, beispielsweise indem die Bedienperson
zu verarbeitende Werkstücke dem Werkzeug zuführt. Im Falle der genannten Gesenkbiegepresse
kann - ohne geeignete Sicherungsmaßnahmen - das Oberwerkzeug eine Verletzung oder
Abtrennung der Finger oder Hände der Bedienperson verursachen.
[0003] Eine unmittelbare Verletzungsgefahr besteht für die Bedienperson innerhalb des Gefahrenbereichs,
der sich ausgehend von der Angriffsstelle des Werkzeugs in Bewegungsrichtung des Werkzeugs
erstreckt. Die Angriffsstelle des Werkzeugs umfasst beispielsweise einen Stößel oder
einen Stempel, und sie erstreckt sich, insbesondere bei der genannten Gesenkbiegepresse,
typischerweise entlang einer Längsrichtung, beispielsweise entlang einer Biegelinie
oder Schnittkante des bewegten Werkzeugs. Der Gefahrenbereich entspricht somit einem
Raumbereich, der zum einen durch die Erstreckung der Angriffsstelle und zum anderen
durch den Nachlaufweg des Werkzeugs, also durch die nach Auslösung eines Abschaltsignals
vom Werkzeug noch zurückgelegte Wegstrecke vorgegeben ist.
[0004] Zur Sicherung dieses Gefahrenbereichs ist es bekannt, zumindest eine Sendeeinrichtung
und eine Empfangseinrichtung eines optoelektronischen Sensors mit dem Werkzeugs mitzubewegen.
Dieser Sensor überwacht durch ständiges Aussenden und Empfangen eines kollimierten
Sendelichtstrahls, ob ein Eingriff in den Gefahrenbereich erfolgt. Falls dies anhand
einer Unterbrechung des Sendelichtstrahls detektiert wird, wird ein Abschaltvorgang
ausgelöst, der zu einem sofortigen Anhalten der Werkzeugbewegung führt.
[0005] Diese bekannten Sicherungsverfahren und -sensoren können nicht in allen Anwendungsfällen
die erwünschte Sicherheit bieten. Dies ist zunächst darauf zurückzuführen, dass der
von den bekannten Sensoren tatsächlich überwachte Teil des Gefahrenbereichs wegen
des Nachlaufweges einen gewissen Abstand von der Angriffsstelle des Werkzeugs einnimmt,
so dass der unmittelbar an der Angriffsstelle angrenzende Teil des Gefahrenbereichs
nicht überwacht wird. Vor allem jedoch ist das bekannte Überwachungsprinzip im Wesentlichen
auf die Erkennung von statischen Eingriffen beschränkt, also von Eingriffen, die zum
Zeitpunkt der Werkzeugbewegung bereits bestehen und erst nachfolgend detektiert werden,
nämlich wenn aufgrund der Mitbewegung des Sensors das betreffende Körperteil der Bedienperson
indirekt in den überwachten Teil des Gefahrenbereichs gelangt.
[0006] Es ist eine Aufgabe der Erfindung, bei einem bewegten Werkzeug die Sicherheit der
Bedienperson hinsichtlich aller Arten möglicher Eingriffe zu erhöhen, ohne dass hierdurch
die Wirtschaftlichkeit des Arbeitsprozesses beeinträchtigt wird.
[0007] Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst,
und insbesondere dadurch, dass der optoelektronische Sensor ein Raumvolumen überwacht,
indem der Sendelichtstrahl einer Sendeeinrichtung mittels einer Sendeoptik aufgeweitet
wird und eine ortsauflösende Empfangseinrichtung verwendet wird, die eine matrixförmige
Anordnung von Empfangselementen besitzt.
[0008] Die Aufgabe wird für einen optoelektronischen Sensor in entsprechender Weise durch
die Merkmale des unabhängigen Anspruchs 10 gelöst.
[0009] Mit anderen Worten wird ein Raumvolumen überwacht, indem ein aufgeweiteter Sendelichtstrahl
ausgesendet und mittels einer matrixförmig ortsauflösenden Empfangseinrichtung empfangen
wird.
[0010] Vorzugsweise wird zur erweiterten Sicherung des Gefahrenbereichs gegenüber dynamischen
Eingriffen ein Überwachungsbereich mit einer Begrenzungsfläche überwacht, deren Querschnitt
parallel zur Werkzeugbewegung und senkrecht zur Erstreckungsrichtung der Angriffsstelle
des Werkzeugs sich entlang eines Kreisbogens oder darüber hinaus erstreckt, wobei
der Mittelpunkt des Kreisbogens von der Angriffsstelle des Werkzeugs in Bewegungsrichtung
des Werkzeugs beabstandet angeordnet ist, und wobei der Kreisbogen einen Radius (Überwachungsradius)
aufweist, der wenigstens so groß ist, dass die Begrenzungsfläche des Überwachungsbereichs
- zumindest bedienerseitig - sich bis zu der Angriffsstelle des Werkzeugs oder radial
darüber hinaus erstreckt.
[0011] Die Erfindung sorgt für eine zusätzliche Sicherung gegenüber sogenannten dynamischen
Eingriffen, also gegenüber Eingriffen aus der Bewegung des Bedieners, die dann erfolgen,
wenn die Werkzeugbewegung bereits begonnen hat. Derartige dynamische Eingriffe erfolgen
typischerweise von der Bedienerseite aus, insbesondere von schräg oben oder von vorn.
Beispielsweise geschieht es häufig, dass die Bedienperson ein unerwartetes Verrutschen
des zu bearbeitenden Werkstücks bemerkt und deshalb - ungeachtet der bereits eingesetzten
Werkzeugbewegung - als unmittelbare Reaktion in den Gefahrenbereich nachgreift, um
eine Nachjustierung durchzuführen. Auch ein Abrutschen der Hände der Bedienperson
von dem während der Werkzeugbewegung gegen eine Anschlageinrichtung zu pressenden
Werkstück kann einen typischen dynamischen Eingriff darstellen.
[0012] Bei der Erfindung erfolgt eine Sicherung gegenüber derartigen dynamischen Eingriffen,
indem zusätzlich eine Überwachung zumindest entlang einer Begrenzungsfläche erfolgt,
die - bei beliebiger Form - letztlich eine Art Schutzglocke bildet. Die Begrenzungsfläche
besitzt nämlich bezüglich einer Ebene, die parallel zu der Werkzeugbewegung und senkrecht
zu der Erstreckungsrichtung der Angriffsstelle des Werkzeugs verläuft, einen Querschnitt,
der sich entlang eines Kreisbogens oder - insbesondere in radialer Richtung - darüber
hinaus erstreckt.
[0013] Bei der Erfindung ist also ein Überwachungsbereich mit einer Begrenzungsfläche vorgesehen,
deren minimale Ausdehnung - im Querschnittinsbesondere durch einen Kreisbogen vorgegeben
ist. Der Mittelpunkt dieses Kreisbogens liegt - bezogen auf die Bewegungsrichtung
des Werkzeugs - vor der Angriffsstelle des Werkzeugs. Im Falle des vertikal nach unten
bewegten Oberwerkzeugs einer Gesenkbiegepresse befindet sich der Mittelpunkt des genannten
Kreisbogens also in einem gewissen Abstand unterhalb der Angriffsstelle.
[0014] Außerdem besitzt der genannte Kreisbogen einen Radius, der wenigstens so groß gewählt
ist, dass die genannte Begrenzungsfläche sich in radialer Richtung zumindest bis zu
der Angriffsstelle des Werkzeugs erstreckt, so dass bezüglich der Bewegungsrichtung
des Werkzeugs keine überwachungsfreie Lücke zwischen der Begrenzungsfläche und der
Angriffsstelle des Werkzeugs besteht.
[0015] Die Erfindung gewährleistet somit eine verbesserte Sicherung des Gefahrenbereichs
gegenüber dynamischen Eingriffen. Dennoch ist - wie bei den bekannten Sicherungsverfahren
und -sensoren - ein ungefährliches und somit zulässiges Nachjustieren des zu bearbeitenden
Werkstücks möglich, nämlich indem der Überwachungsbereich bzw. dessen Begrenzungsfläche
bezüglich der Bewegungsrichtung des Werkzeugs räumlich begrenzt ist, so dass ein Eingriff
in den an den Überwachungsbereich anschließenden Raumbereich keinen Abschaltvorgang
auslöst.
[0016] Zu der erfindungsgemäßen Sicherung ist noch anzumerken, dass der Überwachungsbereich
kein geschlossenes Raumvolumen bilden muss. Vielmehr kann auf eine geschlossene Überwachung
der Begrenzungsfläche des Überwachungsbereichs beispielsweise in dem Fall verzichtet
werden, dass ein Eingriff aufgrund der Geometrie der Werkzeuganordnung aus einer anderen
Richtung ausgeschlossen ist. Dies betrifft insbesondere Eingriffe in den Gefahrenbereich
von der bedienerabgewandten Seite des Werkzeugs.
[0017] Es ist bevorzugt, wenn die Begrenzungsfläche des Überwachungsbereichs an das Werkzeug
angrenzt. Auf diese Weise ist nämlich sichergestellt, dass kein Eingriff zwischen
der Angriffsstelle des Werkzeugs und dem Überwachungsbereich erfolgen kann, was insbesondere
bei schnellen dynamischen Eingriffen zu einer Verletzungsgefahr führen könnte.
[0018] Vorzugsweise ist die Begrenzungsfläche des Überwachungsbereichs - entsprechend der
minimalen Querschnittsausdehnung gemäß einem Kreisbogen - bezogen auf die Angriffsstelle
des Werkzeugs konvex gewölbt.
[0019] Um ein möglichst umfassendes Schutzschild gegenüber dynamischen Eingriffen zu erzeugen,
erstreckt sich der genannte Kreisbogen - und somit die Begrenzungsfläche des Überwachungsbereichs
- vorzugsweise entlang eines Segmentwinkels von wenigstens 30°, insbesondere von ungefähr
90° oder ungefähr 180°. Diese Winkelangaben beziehen sich im Hinblick auf den Anwendungshintergrund
einer Gesenkbiegepresse insbesondere auf einen im Wesentlichen vertikalen Überwachungsradius
als Ausgangspunkt.
[0020] Entsprechend dieser Winkelangaben kann der Querschnitt der Begrenzungsfläche also
im Wesentlichen die Form eines Viertelkreises oder eines Halbkreises, der durch das
Werkzeug bzw. dessen Angriffsstelle unterbrochen sein kann, besitzen. Mit anderen
Worten kann der Überwachungsbereich im Wesentlichen die Form eines Kreisquadranten
oder einer Kreishälfte aufweisen.
[0021] Weiterhin ist es bevorzugt, wenn die Begrenzungsfläche des Überwachungsbereichs sich
entlang der Erstreckungsrichtung der Angriffsstelle des Werkzeugs erstreckt. Die Begrenzungsfläche
überdeckt somit beispielsweise die Mantelfläche eines Zylindersegments, insbesondere
eines Viertel- oder Halbzylindersegments.
[0022] In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung handelt es sich bei der Begrenzungsfläche
entlang des Kreisbogens und/oder entlang der Erstreckungsrichtung der Angriffsstelle
des Werkzeugs um eine im Wesentlichen geschlossen überwachte Fläche, so dass jeglicher
Eingriff bzw. Durchdringen der Begrenzungsfläche detektiert werden kann. Eine derartige
geschlossene Fläche läßt sich beispielsweise durch aneinandergrenzende Lichtstrahlbündel
realisieren.
[0023] Zu dem Verlauf der Begrenzungsfläche des Überwachungsbereichs ist ferner anzumerken,
dass zwar durch den genannten Kreisbogen-Querschnitt die minimale Erstreckung grundsätzlich
vorgegeben ist. Allerdings kann der Verlauf an die Form des zu bearbeitenden Werkstücks
angepasst sein. Alternativ oder zusätzlich kann die Begrenzungsfläche an einer Stelle
unterbrochen sein, an der aufgrund des Aufbaus des Werkzeugs ein Eingriff in den Gefahrenbereich
ohnehin inhärent ausgeschlossen ist.
[0024] Für die Dimensionierung des Überwachungsbereichs wird vorzugsweise eine Resthöhe
berücksichtigt, die bei einem Abschalten bzw. Anhalten des Werkzeugs stets eingehalten
wird. Diese Resthöhe bestimmt sich allgemein nach dem größten Körperteil der Bedienperson,
das bei dynamischer Annäherung in den Gefahrenbereich gelangen kann. Die notwendige
Resthöhe bestimmt sich aus dem definierten Körperteildurchmesser und der zulässigen
Quetschung. Für einen Fingerschutz kann eine mögliche Resthöhe beispielsweise ca.
10 bis 14 mm betragen.
[0025] Die Berücksichtigung der Resthöhe bei der Erstreckung des Überwachungsbereichs in
Bewegungsrichtung des Werkzeugs kann dahingehend erfolgen, dass die Erstreckung -
ausgehend von der Angriffsstelle des Werkzeugs - wenigstens die Summe aus dem vorstehend
genannten Überwachungsradius und der erläuterten Resthöhe beträgt. Im Falle des vertikal
nach unten bewegten Oberwerkzeugs einer Gesenkbiegepresse führt diese Berücksichtigung
also zu einer Erweiterung des Überwachungsbereichs nach unten.
[0026] Der die Ausdehnung des Kreisbogens vorgebende minimale Überwachungsradius ist bevorzugt
durch die Ansprechzeit des gegebenenfalls ausgelösten Abschaltvorgangs und/oder die
maximale Annäherungs- bzw. Eintrittsgeschwindigkeit der Bedienperson vorgegeben, insbesondere
durch das Produkt aus Ansprechzeit und maximaler Annäherungsgeschwindigkeit. Dadurch
ist gewährleistet, dass selbst bei schnellstmöglichem Eingriff der Abschaltvorgang
ausgelöst wird, noch bevor das in den Überwachungsbereich eindringende Körperteil
der Bedienperson mit dem Werkzeug in Kontakt kommt. Bei einer derartigen Bemessung
kann der Überwachungsradius beispielsweise zwischen 20 und 50 mm, insbesondere zwischen
24 und 40 mm betragen.
[0027] Alternativ hierzu kann für die Bemessung des Überwachungsradius die Bewegungsgeschwindigkeit
des Werkzeugs, die Ansprechzeit des Abschaltvorgangs und/oder der Nachlaufweg des
Werkzeugs berücksichtigt werden. Insbesondere kann der Überwachungsradius wenigstens
die Summe aus dem Produkt von Bewegungsgeschwindigkeit und Ansprechzeit einerseits
und Nachlaufweg andererseits betragen. In diesem Fall ist insbesondere im Hinblick
auf einen Eingriff in Verlängerung der Bewegungsrichtung des Werkzeugs der gesamte
Bremsweg des Werkzeugs berücksichtigt. Bei einer derartigen Bemessung kann der Überwachungsradius
beispielsweise zwischen 6 und 16 mm, insbesondere zwischen 10 und 12 mm betragen.
[0028] Was die Lage des Mittelpunkts des erläuterten Kreisbogens betrifft, so kann dieser
ausgehend von der Angriffsstelle des Werkzeugs in Bewegungsrichtung des Werkzeugs
um wenigstens den Überwachungsradius - gemäß einer der vorstehend erläuterten Berechnungsgrundlagen
- beabstandet angeordnet sein.
[0029] Die mittels des optoelektronischen Sensors durchgeführte eigentliche Überwachung
kann im Wesentlichen lediglich entlang der Begrenzungsfläche des Überwachungsbereichs
oder eines Teils hiervon erfolgen. Es ist auch möglich, zusätzlich eine flächige Überwachung
entlang weiterer den Überwachungsbereich begrenzenden Flächen vorzusehen, insbesondere
entlang jener Fläche, die im Querschnitt dem Radius des genannten Kreisbogens entspricht.
[0030] Alternativ oder zusätzlich kann die Überwachung des Überwachungsbereichs innerhalb
der Begrenzungsfläche erfolgen, also bezüglich des gesamten von der Begrenzungsfläche
eingeschlossenen Raumvolumens.
[0031] Schließlich ist zu der Bewegung des Werkzeugs anzumerken, dass diese in eine vergleichsweise
schnelle Schließbewegung und eine nachfolgende, langsame Schließbewegung zur Bearbeitung
unterteilt sein kann, wobei erst im Rahmen dieser Bearbeitungsbewegung das Werkstück
vom Werkzeug erfasst und bearbeitet, insbesondere umgeformt wird.
[0032] Der Übergang von der schnellen Schließbewegung in die langsame Schließ- oder Bearbeitungsbewegung
erfolgt vorzugsweise in einem Umschaltpunkt, welcher vom Bediener programmiert oder
angelernt wird.
Das Ziel des Bedieners ist es, diesen Punkt möglichst dicht an die Werkstückoberfläche
zu legen. Die Überwachung bzw. die Schutzeinrichtung wird vorzugsweise ab diesem Umschaltpunkt
deaktiviert (sogenanntes Muting), da der Schutz nun durch die langsame Schließ- bzw.
Bearbeitungsbewegung erfolgt.
[0033] Zu dem für die Überwachung des Überwachungsbereichs vorgesehenen optoelektronischen
Sensor ist noch anzumerken, dass dieser als Sende- und Empfangseinrichtung beispielsweise
eine Anordnung benachbarter und parallel zueinander verlaufender Lichtschranken aufweisen
kann. Dies ist insbesondere dann von Vorteil, wenn lediglich eine flächige Überwachung
der Begrenzungsfläche des Überwachungsbereichs erfolgen soll. Insbesondere für den
Fall, dass nur die Begrenzungsfläche überwacht wird, kann die Empfangseinrichtung
mit einzelnen lichtempfindlichen Bauelementen realisiert werden.
[0034] Alternativ hierzu kann die Sendeeinrichtung beispielsweise eine oder mehrere Laserdioden
oder Leuchtdioden aufweisen, deren Sendelichtstrahl mittels einer Sendeoptik aufgeweitet
wird, so dass diese Sendeeinrichtung sich zur Überwachung eines Raumvolumens eignet.
Hierzu kann eine ortsauflösende Empfangseinrichtung vorgesehen sein, beispielsweise
CCD- oder CMOS-Empfänger mit einer zeilen- oder matrixförmigen Anordnung von Empfangselementen.
[0035] Entsprechend der Überwachungsfunktion ist die Sendeeinrichtung und/oder die Empfangseinrichtung
vorzugsweise - bei Überwachung lediglich der Begrenzungsfläche - gemäß dem genannten
Kreisbogen bzw. - bei Überwachung des gesamten Überwachungsbereichs - innerhalb des
genannten Kreisbogens angeordnet, wobei diese Anordnung sich auf den bereits genannten
Querschnitt parallel zur Werkzeugbewegung und senkrecht zur Erstreckungsrichtung der
Angriffsstelle des Werkzeugs bezieht. Bei dieser Anordnung verlaufen die Sendelichtstrahlen
bevorzugt parallel zur Erstreckungsrichtung der Angriffsstelle des Werkzeugs. Um die
Werkzeugbewegung ungehindert durchführen zu können, ist es bevorzugt, wenn die Sendeeinrichtung
und/oder die Empfangseinrichtung außerhalb des Gefahrenbereichs des Werkzeugs in einer
grundsätzlich bekannten seitlichen Anordnung vorgesehen ist.
[0036] Dabei können die Sendeeinrichtung und die Empfangseinrichtung als sogenanntes Aktiv-Aktiv-System
in einer unmittelbaren Gegenüberstellung aufgebaut sein, oder als Aktiv-Passiv-System,
bei dem die Sendeeinrichtung und die Empfangseinrichtung gemeinsam einem Reflektor
gegenüberstehen.
[0037] Der erfindungsgemäße Sensor besitzt eine Auswerteeinrichtung, die anhand des Empfangssignals
der Empfangseinrichtung eine Unterbrechung des Sendelichts zu erkennen vermag und
gegebenenfalls den Abschaltvorgang auslöst. Selbstverständlich muss diese Auswerteeinrichtung
nicht mit dem Werkzeug mitbewegt werden.
[0038] Weitere Ausführungsformen der Erfindung sind in den Unteransprüchen genannt.
[0039] Die Erfindung wird nachfolgend beispielhaft unter Bezugnahme auf die Zeichnungen
erläutert; in diesen zeigen:
- Fig. 1a und 1b
- Teile einer Gesenkbiegepresse in einer schematischen Seitenansicht mit einer weiteren
Begrenzungsfläche des Überwachungsbereichs, und zwar zu verschiedenen Zeitpunkten
der Werkzeugbewegung,
- Fig. 2, 3 und 4
- Teile einer Gesenkbiegepresse in einer schematischen Seitenansicht, jeweils mit unterschiedlichen
Begrenzungsflächen des Überwachungsbereichs, und
- Fig. 5a und 5b
- Teile einer bekannten Gesenkbiegepresse, und zwar in einer Vorderansicht bzw. einer
Seitenansicht.
[0040] Die in den Fig. 5a und 5b gezeigte bekannte Gesenkbiegepresse besitzt ein Oberwerkzeug
11 und ein Unterwerkzeug 13. Das Oberwerkzeug 11 ist zu einer vertikal nach unten
gerichteten Schließbewegung 15 antreibbar, um letztlich ein zwischen das Oberwerkzeug
11 und das Unterwerkzeug 13 eingeführtes Werkstück, beispielsweise ein Blech, zu verformen.
[0041] Der räumliche Bereich, der sich ausgehend von dem Oberwerkzeug 11 in Richtung der
Schließbewegung 15 bis zu dem Unterwerkzeug 13 erstreckt, bildet einen Gefahrenbereich
17 für die Bedienperson, die das Werkstück zwischen Oberwerkzeug 11 und Unterwerkzeug
13 einführen und dort in einer bestimmten Lage justieren und halten soll (vgl. Fig.
5b).
[0042] Für die bekannte Überwachung des Gefahrenbereichs 17 sind eine Sendeeinrichtung 19
und eine Empfangseinrichtung 21 vorgesehen, die in einer Gegenüberstellung an den
beiden Seiten des Oberwerkzeugs 11 montiert sind und dementsprechend der Schließbewegung
15 folgen (Fig. 5a). Die Sendeeinrichtung 19 emittiert einen Sendelichtbalken 23 in
Richtung der Empfangseinrichtung 21. Der Sendelichtbalken 23 besitzt einen rechteckigen
Querschnitt. Er verläuft innerhalb des Gefahrenbereichs 17, und zwar bezüglich der
Richtung der Schließbewegung 15 vom Oberwerkzeug 11 geringfügig beabstandet (Fig.
5b).
[0043] Falls eine Unterbrechung oder Abschwächung des empfangenen Sendelichts detektiert
wird, wird ein Abschaltvorgang ausgelöst, um die Schließbewegung 15 des Oberwerkzeugs
11 anzuhalten. Ein derartiger Abschaltvorgang erfolgt beispielsweise, wenn sich im
unteren Teil des Gefahrenbereichs 17 eine Hand der Bedienperson befindet und wenn
aufgrund der Abwärtsbewegung 15 des Oberwerkzeugs 11 und somit des Sendelichtbalkens
23 die Hand ab einem gewissen Zeitpunkt zu einer Unterbrechung des Sendelichtbalkens
23 führt (statischer Eingriff).
[0044] Fig. 1a und 1b zeigen demgegenüber die Überwachung gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren
und Sensor.
[0045] In Fig. 1a und 1b sind ebenfalls ein Oberwerkzeug 11 sowie ein Unterwerkzeug 13 gezeigt,
auf dem ein zu verformendes Werkstück 25 aufliegt. Das Oberwerkzeug 11 führt zunächst
eine schnelle Schließbewegung 15 durch. Die Angriffsstelle, also die untere Spitze
des Oberwerkzeugs 11 ist mit dem Bezugszeichen 27 gekennzeichnet. Diese Angriffsstelle
27 erstreckt sich als Stempel in Betrachtungsrichtung.
[0046] Erfindungsgemäß wird zur Sicherung des Gefahrenbereichs des Oberwerkzeugs 11 ein
Überwachungsbereich 29 überwacht, der in den Fig. 1a und 1b schraffiert dargestellt
ist und durch eine - in den Fig. 1a und 1b als durchgezogene Linie dargestellte -
Begrenzungsfläche 31 begrenzt ist.
[0047] Die Begrenzungsfläche 31 besitzt auf den beiden Seiten des Oberwerkzeugs 11 jeweils
einen Abschnitt in Form eines Kreisbogens 33. Die beiden Kreisbögen 33 weisen einen
gemeinsamen Mittelpunkt 35 auf, der bezüglich der Schließbewegungsrichtung 15 unterhalb
der Angriffsstelle 27 des Oberwerkzeugs 11 liegt. Der in Fig. 1a gestrichelt eingezeichnete
Radius 37 des jeweiligen Kreisbogens 33 ist so bemessen, dass die Begrenzungsfläche
31 deutlich oberhalb der Angriffsstelle 27 an das Oberwerkzeug 11 anschließt.
[0048] Im Bereich des Oberwerkzeugs 11 besitzt die Begrenzungsfläche 31 einen Abschnitt
39, der dem Umriss des Oberwerkzeugs 11 angepasst ist, so dass der Überwachungsbereich
29 im Wesentlichen unmittelbar an das Oberwerkzeug 11 angrenzt. Somit verläuft ein
Ende des jeweiligen Kreisbogens 33 im Bereich des Oberwerkzeugs 11 im Wesentlichen
in horizontaler Richtung, und das jeweilige andere Ende im Wesentlichen vertikal nach
unten. Die beiden Kreisbögen 33 bilden einen Halbkreis, dessen Verlauf im Bereich
des Oberwerkzeugs 11 gemäß dem Abschnitt 39 der Begrenzungsfläche 31 an die Form des
Oberwerkzeugs 11 angepasst ist.
[0049] Außerdem ist der Überwachungsbereich 29 nach unten verlängert, nämlich indem die
Begrenzungsfläche 31 zwei Vertikalabschnitte 41 aufweist, die sich an das vertikal
auslaufende Ende des jeweiligen Kreisbogenabschnitts 33 anschließen. Die Verlängerung
des Überwachungsbereichs 29 gemäß der Vertikalabschnitte 41 nach unten erfolgt somit
um eine Resthöhe 43.
[0050] Schließlich ist der Überwachungsbereich 29 nach unten durch einen Horizontalabschnitt
45 der Begrenzungsfläche 31 begrenzt.
[0051] Die Überwachung des Gefahrenbereichs sowohl innerhalb des Überwachungsbereichs 29
als auch entlang der Begrenzungsfläche 31 erfolgt durch eine - nicht dargestellte
- Sendeeinrichtung und Empfangseinrichtung in einer Gegenüberstellung in einer entsprechenden
Weise wie in Fig. 5a gezeigt. Demzufolge erstrecken sich der Überwachungsbereich 29
und die Begrenzungsfläche 31 gemäß Fig. 1a und 1b in Betrachtungsrichtung, das heißt
parallel zur Erstreckungsrichtung der Angriffsstelle 27 des Oberwerkzeugs 11.
[0052] Der Ablauf des Sicherungsverfahrens gestaltet sich wie folgt:
[0053] Das Oberwerkzeug 11 wird bei aktivierter Überwachung zunächst zu einer vergleichsweise
schnellen Schließbewegung 15 vertikal nach unten angetrieben. Dabei bewegen sich der
Überwachungsbereich 29, seine Begrenzungsfläche 31 und somit auch der Mittelpunkt
35 der Kreisbögen 33 mit dem Oberwerkzeug 11 mit. Währenddessen kann unterhalb des
Überwachungsbereichs 29 bzw. unterhalb des Horizontalabschnitts 45 der Begrenzungsfläche
31 noch ein Eingriff in den Gefahrenbereich erfolgen.
[0054] Falls jedoch ein Eingriff in einem beliebigen Teil des Überwachungsbereichs 29 erfolgt,
bzw. wenn die Begrenzungsfläche 31 aufgrund einer Annäherung der Bedienperson an irgendeinem
Abschnitt 33, 39, 41, 45 durchdrungen wird, wird dies als Unterbrechung des von der
Sendeeinrichtung emittierten Sendelichts detektiert. Daraufhin wird ein Abschaltvorgang
ausgelöst, um das Oberwerkzeug 11 anzuhalten und dadurch eine mögliche Verletzung
der Bedienperson zu vermeiden.
[0055] Sobald das Oberwerkzeug 11 und der Überwachungsbereich 29 die in Fig. 1b gezeigte
Lage erreicht haben, wird von der schnellen Schließbewegung 15 auf eine vergleichsweise
langsame Berabeitungsbewegung umgestellt, durch die das Werkstück 25 verformt werden
soll. Gleichzeitig wird die Überwachung deaktiviert. Der Schutz der Bedienperson wird
nun durch die langsame Schließ- bzw. Bearbeitungsbewegung realisiert.
[0056] Das Sicherungsverfahren und der Sensor gemäß der Erfindung bieten somit gegenüber
der bekannten Sicherung des Gefahrenbereichs gemäß den Fig. 5a und 5b den Vorteil,
dass eine Sicherung gegen dynamischen Eingriffen durch die Bedienperson gewährleistet
ist. Falls nämlich während der schnellen Schließbewegung 15 ein Eingriff in den Gefahrenbereich,
beispielsweise durch ein sogenanntes Nachgreifen erfolgt, ist durch die radiale Erstreckung
des Überwachungsbereichs 29 entlang der Kreisbögen 33 um den Radius 37 gewährleistet,
dass ein rechtzeitiges Abschalten der Bewegung des Oberwerkzeugs 11 erfolgt.
[0057] Im Hinblick auf Eingriffe von schräg oben oder von der Seite ist der Radius 37 beispielsweise
wenigstens so groß gewählt, dass er dem Produkt der Ansprechzeit des Abschaltvorgangs
und der höchstmöglichen Annäherungsgeschwindigkeit der Bedienperson entspricht.
[0058] Fig. 2 bis 4 zeigen in entsprechenden Seiten- bzw. Querschnittsansichten weitere
Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Überwachung.
[0059] Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 2 ist lediglich auf der der Bedienperson zugewandten
Seite des Oberwerkzeugs 11 eine Sicherung vorgesehen, so dass der Überwachungsbereich
29 in der gezeigten Querschnittsansicht im Wesentlichen eine Viertelkreisfläche einnimmt
bzw. bezogen auf seine räumliche Ausdehnung ein Viertelzylindersegment umfasst.
[0060] In dem Beispiel gemäß Fig. 2 wird die Begrenzungsfläche 31 des Überwachungsbereichs
29 nicht eigens überwacht, wie durch die gestrichelte Darstellung der Begrenzungsfläche
31 zum Ausdruck kommt. Es ist jedoch auch hier möglich, nur die Begrenzungsfläche
31 zu überwachen.
[0061] Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 3 erfolgt eine Überwachung beispielsweise entlang
der Begrenzungsfläche 31, also entlang des Halbkreisbogens 33, der Vertikalabschnitte
41 und des Horizontalabschnitts 45.
[0062] Der Mittelpunkt 35 des Kreisbogens 33 ist hier genau um den Radius 37 des Kreisbogens
33 unterhalb der Angriffsstelle 27 angeordnet.
[0063] Für den unteren Teil des Überwachungsbereichs 29 ist - ähnlich wie bei der Ausführungsform
gemäß Fig. 1a und 1b - eine minimale Resthöhe 43 vorgesehen.
[0064] Fig. 4 zeigt die minimal erforderliche Erstreckung der Begrenzungsfläche 31, die
erforderlich ist, um eine Sicherung gegenüber Eingriffen von der Seite bzw. von schräg
oben zu erzielen.
[0065] Hier erfolgt eine Überwachung lediglich entlang des Kreisbogens 33 (durchgezogene
Linie) bzw. entlang der Verlängerung des Kreisbogens 33 in Betrachtungsrichtung. Der
Kreisbogen 33 erstreckt sich über wenigstens 30°, wobei die Winkelhalbierende des
Kreisbogens 33 bzw. des entsprechenden Kreissegments einen Winkel von ca. 45° zur
Horizontalen bildet. Die Begrenzungsfläche 31 erstreckt sich somit flächig konvex.
[0066] Der Mittelpunkt 35 des Kreisbogens 33 ist um den Radius 37 genau unterhalb der Angriffsstelle
27 angeordnet.
[0067] Zu den Ausführungsformen gemäß Fig. 1a, 1b, 2, 3 und 4 ist noch anzumerken, dass
die Erstreckung, insbesondere die radiale Erstreckung des Überwachungsbereichs 29
bzw. der Begrenzungsfläche 31 auch über den minimal erforderlichen Überwachungsradius
hinausgehen kann. So entspricht der in den Fig. 1a und 1b gezeigte Radius 37 der Kreisbögen
33 nicht unbedingt dem minimal erforderlichen Überwachungsradius, sondern kann über
diesen hinausgehen, beispielsweise um ein vollständiges Umschließen der Unterseite
des Oberwerkzeugs 11 zu gewährleisten. Es ist auch möglich, dass die Begrenzungsfläche
31 im Querschnitt nicht unbedingt eine Kreisbogenform, sondern beispielsweise einen
rechtwinkligen Verlauf besitzt.
Bezugszeichenliste
[0068]
- 11
- Oberwerkzeug
- 13
- Unterwerkzeug
- 15
- Schließbewegung
- 17
- Gefahrenbereich
- 19
- Sendeeinrichtung
- 21
- Empfangseinrichtung
- 23
- Sendelichtbalken
- 25
- Werkstück
- 27
- Angriffsstelle
- 29
- Überwachungsbereich
- 31
- Begrenzungsfläche
- 33
- Kreisbogen
- 35
- Mittelpunkt
- 37
- Radius des Kreisbogens
- 39
- Abschnitt der Begrenzungsfläche im Bereich des Oberwerkzeugs
- 41
- Vertikalabschnitt der Begrenzungsfläche
- 43
- Resthöhe
- 45
- Horizontalabschnitt der Begrenzungsfläche
1. Verfahren zur Sicherung eines Gefahrenbereichs (17) eines bewegten, eine Angriffsstelle
(27) aufweisenden Werkzeugs, insbesondere eines vertikal nach unten bewegten Oberwerkzeugs
(11) einer Gesenkbiegepresse,
wobei ein optoelektronischer Sensor mit dem Werkzeug (11) mitbewegt wird und den Gefahrenbereich
überwacht, und wobei bei Detektion eines Eingriffs in den Gefahrenbereich ein Abschaltvorgang
zum Anhalten der Werkzeugbewegung ausgelöst wird,
dadurch gekennzeichnet,
dass der optoelektronische Sensor ein Raumvolumen (29) überwacht, indem der Sendelichtstrahl
einer Sendeeinrichtung mittels einer Sendeoptik aufgeweitet wird und eine ortsauflösende
Empfangseinrichtung verwendet wird, die eine matrixförmige Anordnung von Empfangselementen
besitzt.
2. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
dass die ortsauflösende Empfangseinrichtung einen CCD-Empfänger oder einen CMOS-Empfänger
aufweist.
3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Überwachung zumindest entlang einer geschlossenen Begrenzungsfläche (31) des
Raumvolumens (29) erfolgt.
4. Verfahren nach Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Überwachung auch im Raumvolumen (29) innerhalb der Begrenzungsfläche (31) erfolgt.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass das überwachte Raumvolumen (29) eine Begrenzungsfläche (31) besitzt, die bezüglich
der Angriffsstelle (27) des Werkzeugs (11) konvex gewölbt ist.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass das überwachte Raumvolumen (29) bezüglich der Angriffsstelle (27) des Werkzeugs in
Bewegungsrichtung (15) des Werkzeugs angeordnet ist.
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass das überwachte Raumvolumen (29) eine Begrenzungsfläche (31) besitzt, die sich parallel
zu der Erstreckungsrichtung der Angriffsstelle (27) des Werkzeugs (11) erstreckt.
8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass das überwachte Raumvolumen (29) eine Begrenzungsfläche (31) besitzt, deren Verlauf
an die Form des Werkzeugs (11), an die Form des zu bearbeitenden Werkstücks und/oder
an einen geometriebedingten Ausschluss eines Eingriffs angepasst ist.
9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Bewegung des Werkzeugs (11) in eine Schließbewegung (15) und eine nachfolgende
langsamere Bearbeitungsbewegung unterteilt ist,
wobei der Übergang von der Schließbewegung (15) zu der Bearbeitungsbewegung insbesondere
zu einem Zeitpunkt erfolgt, zu dem das überwachte Raumvolumen (29) unmittelbar oder
mit einem Abstand von weniger als 10 mm an die Sollposition des zu bearbeitenden Werkstücks
(25) anschließt,
und/oder
wobei die Überwachung des Raumvolumens (29) insbesondere zum Zeitpunkt des Übergangs
von der Schließbewegung (15) zu der Bearbeitungsbewegung deaktiviert wird.
10. Optoelektronischer Sensor zur Sicherung eines Gefahrenbereichs (17) eines bewegten,
eine Angriffsstelle (27) aufweisenden Werkzeugs, insbesondere eines vertikal nach
unten bewegten Oberwerkzeugs (11) einer Gesenkbiegepresse,
wenigstens mit einer Sendeeinrichtung zum Aussenden eines Sendelichtstrahls in Richtung
des Gefahrenbereichs, einer Empfangseinrichtung zum Detektieren des Sendelichtstrahls,
und einer Auswerteeinrichtung zum Auslösen eines Abschaltvorgangs bei Detektion eines
Eingriffs in den Gefahrenbereich,
wobei der Sensor zumindest teilweise mit dem Werkzeug (11) mitbewegbar ist, und
wobei der Sensor insbesondere zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorhergehenden
Ansprüche ausgebildet ist,
dadurch gekennzeichnet,
dass der optoelektronische Sensor zur Überwachung eines Raumvolumens (29) ausgebildet
ist, wobei der Sensor eine Sendeoptik aufweist, die den Sendelichtstrahl der Sendeeinrichtung
aufweitet, und
wobei die Empfangseinrichtung ortsauflösend ausgebildet ist und eine matrixförmige
Anordnung von Empfangselementen aufweist.
11. Sensor nach Anspruch 10,
dadurch gekennzeichnet,
dass die ortsauflösende Empfangseinrichtung einen CCD-Empfänger oder einen CMOS-Empfänger
aufweist.
12. Sensor nach einem der Ansprüche 10 oder 11,
dadurch gekennzeichnet,
dass der optoelektronische Sensor zur Überwachung zumindest einer geschlossenen Begrenzungsfläche
(31) des Raumvolumens (29) ausgebildet ist.
13. Sensor nach einem der Ansprüche 10 bis 12,
dadurch gekennzeichnet,
dass das überwachte Raumvolumen (29) eine Begrenzungsfläche (31) besitzt, die bezüglich
der Angriffsstelle (27) des Werkzeugs (11) konvex gewölbt ist.
14. Sensor nach einem der Ansprüche 10 bis 13,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Sendeeinrichtung wenigstens eine Laserdiode oder Leuchtdiode aufweist.